探究水利水電工程基坑巖溶涌水與預(yù)測

■岳宗慧 ■河南省中原水利水電工程集團(tuán)有限公司，河南 濮陽 457000

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，必然會(huì)促進(jìn)工程水平提高。在工程建設(shè)過程中，經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)工程水平及可靠性要求日益嚴(yán)格?；訋r溶涌水預(yù)測作為水利水電工程的重要環(huán)節(jié)，是確保工程施工質(zhì)量及安全可靠性的重要因素。為此，本文主要對(duì)基坑巖溶涌水特點(diǎn)、條件、類型及預(yù)測進(jìn)行分析，為水利水電工程施工提供可靠參考。

1 水利水電工程基坑巖溶涌水特點(diǎn)

1.1 不均一性

在水利水電工程施工中，基坑巖溶涌水的不均一性主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:其一，涌水出現(xiàn)部位存在一定的不均一性，這因?yàn)閹r溶發(fā)育的不均一性導(dǎo)致。巖溶巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面發(fā)育不均勻、水利動(dòng)力條件差異、巖性可溶性不同時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)不同程度的溶蝕作用，產(chǎn)生溶蝕優(yōu)勢部位與方向，在其逐漸發(fā)育過程中，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。其二，涌水量存在不均一性。因?yàn)閹r溶發(fā)育程度有所差異，導(dǎo)致巖溶地下水的徑流、排泄、補(bǔ)給等情況各不相同，在不同的徑流、排泄、補(bǔ)給條件下，就會(huì)導(dǎo)致基坑巖溶涌水量出現(xiàn)差異，就是同一個(gè)涌水部位，因?yàn)閹r溶水存在的時(shí)間差異，也會(huì)導(dǎo)致巖溶涌水量隨著季節(jié)和降雨量的差異，顯現(xiàn)一定的不均一性。

1.2 突發(fā)性

在水利水電工程施工中，如果基坑揭露暗河或者巖溶管道水，就會(huì)出現(xiàn)突然涌水現(xiàn)象，經(jīng)常導(dǎo)致基坑被淹沒，使得施工無法繼續(xù)進(jìn)行，延誤了施工工期。

1.3 涌水量變化幅度大

通常情況下，巖溶涌水量經(jīng)常和降雨量有著密切的關(guān)系，在旱季時(shí)，涌水量相對(duì)較少;在雨季時(shí)，涌水量相對(duì)較多;在強(qiáng)降雨之后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大量涌水。一個(gè)涌水點(diǎn)的最小涌水量可以低于每秒鐘0.01 立方米，達(dá)到幾個(gè)流量以上，變化幅度相差數(shù)十倍甚至數(shù)百倍［1］。

2 水利水電工程基坑巖溶涌水條件

2.1 發(fā)育條件

一般而言，巖溶涌水規(guī)模主要取決于巖溶發(fā)育規(guī)模。在水利水電工程施工中，重點(diǎn)巖溶涌水部位主要有不可溶巖與可溶巖的接觸帶、不整合界面的破碎帶、暗河河管道系統(tǒng)等［2］。在不可溶巖與可溶巖的接觸帶中，不可溶巖的主要結(jié)構(gòu)是不透水層，構(gòu)成了地下水活動(dòng)與巖溶發(fā)育的控制界面，當(dāng)此界面上進(jìn)行巖溶水匯集與排泄時(shí)，就非常容易形成暗河、溶蝕帶，從而出現(xiàn)巖溶涌水情況。對(duì)于巖溶地下水而言，其主要是沿著構(gòu)造破碎帶予以排泄、徑流，是發(fā)生巖溶涌水的重要部位。

2.2 動(dòng)力條件

一般而言，巖溶涌水的主要?jiǎng)恿в兴綕B流帶、虹吸滲流帶、垂直滲流帶、季節(jié)變化帶，這些水動(dòng)力帶均是基于水動(dòng)力學(xué)原理形成的。當(dāng)水利水電工程基坑在這些水動(dòng)力帶內(nèi)時(shí)，巖溶水區(qū)域的水流力學(xué)性質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫μ荻攘髋c重力梯度流。當(dāng)季節(jié)變化帶出現(xiàn)巖溶涌水情況時(shí)，涌水量主要取決于降雨量，會(huì)受到降雨滲透條件的控制，涌水量較為集中，具有很強(qiáng)的突發(fā)性，并且變化幅度較大、危害性較大。

3 水利水電工程基坑巖溶涌水類型

因?yàn)榛訋r溶涌水涉及內(nèi)容非常廣，并且還會(huì)受到很多因素的影響，導(dǎo)致其類型各不相同，目前尚不能予以統(tǒng)一明確。然而，根據(jù)有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，可以從不同角度進(jìn)行勘察，從而予以分類，主要包括以下幾點(diǎn):一是，根據(jù)巖溶水循環(huán)系統(tǒng)特征，可以將其分為擴(kuò)散流涌水、管道流涌水、混合流涌水。二是，根據(jù)巖溶水運(yùn)動(dòng)帶秦光，可以將其分為季節(jié)飽水帶涌水、季節(jié)變動(dòng)帶涌水。三是，根據(jù)涌水形式，可以將其分為涌流涌水、股流涌水、線流涌水、滲水涌水。四是，根據(jù)巖溶水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況，可以將其分為裂隙涌水、接觸帶涌水、層間涌水、斷裂帶涌水。五是，根據(jù)巖溶水力學(xué)性質(zhì)，可以將其分為無壓流涌水、壓力流涌水。六是，根據(jù)涌水動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，可以將其分為突發(fā)型涌水、穩(wěn)定型涌水、水文型涌水。七是，根據(jù)涌水量多少，可以將其分為微量涌水(小于0.01m3/s)、少量涌水(0.01-0.1m3/s 之間)、中量涌水(0.1-1.0m3/s 之間)、大量涌水(1.0-2.0m3/s 之間)、特大量涌水(大于2.0m3/s)［3］。

4 水利水電工程基坑巖溶涌水預(yù)測

4.1 涌水類型預(yù)測

在預(yù)測涌水類型的時(shí)候，主要是根據(jù)巖溶地下水循環(huán)特點(diǎn)及涌水動(dòng)力特點(diǎn)決定的［4］。當(dāng)巖溶管道與基坑破碎帶同時(shí)存在時(shí)，涌水類型為復(fù)合型涌水，不僅具有擴(kuò)散流涌水，還具有管道流涌水。此種涌水類型的危害非常大，在進(jìn)行處理的時(shí)候，具有很大的難度。在巖溶斷裂層帶、裂隙集聚帶、溶蝕破碎帶等部位出現(xiàn)的涌水，基本均為擴(kuò)散流涌水，其涌水量相對(duì)較少，危害性也比較小，可以進(jìn)行簡單的處理。在暗河、巖溶管道部位出現(xiàn)的涌水類型為管道流涌水，其涌水量非常大，處理難度也比較大。

4.2 涌水量預(yù)測

在預(yù)測涌水量的時(shí)候，除了對(duì)一般裂隙性涌水量進(jìn)行預(yù)測以外，主要就是對(duì)官道流涌水與最大涌水量進(jìn)行預(yù)測。在預(yù)測涌水時(shí)，首先需要對(duì)巖溶發(fā)育規(guī)律、水文地質(zhì)構(gòu)造予以了解，構(gòu)建符合實(shí)際情況的概念模型，其主要包括巖溶化程度、補(bǔ)給來源地貌地形、巖體透水性、地下水及降雨水位變化等，之后構(gòu)建和水文地質(zhì)條件相適應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在預(yù)測涌水量的時(shí)候，主要采用水均衡法、水文地質(zhì)解析法、水文地質(zhì)比擬法、水文地質(zhì)數(shù)值法、非線性理論法等［5］。本文主要對(duì)水均衡法進(jìn)行介紹。

水均衡法主要就是借助水均衡的有關(guān)原理明確地下水量的收支關(guān)系，從而得出地下水均衡的專用公式，如下所示:

在上述公式中，Q 表示為巖溶涌水量，單位是m3/s;A 表示為均衡區(qū)積水面積，單位是km2;X 表示為降雨量，單位是mm;a 表示為滲流系數(shù);d 表示為均衡天數(shù);S 表示為基坑巖溶涌水占地下水徑流總量的比例。當(dāng)降雨量固定的時(shí)候，降雨量與滲流量之間存在著一定的線性關(guān)系，可以利用相關(guān)公式對(duì)滲流系數(shù)予以計(jì)算。當(dāng)基坑巖溶涌水就是地下水徑流量時(shí)，S 值為1;當(dāng)前者少于后者的時(shí)候，S 值小于1。S 值大小主要取決于基坑巖溶地質(zhì)變化情況。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，水利水電工程建設(shè)要求越來越嚴(yán)格，從而對(duì)基坑巖溶涌水處理要求也在不斷提高。為此，在水利水電工程施工中，一定要深入了解基坑巖溶涌水情況，結(jié)合工程施工的具體情況，制定有效的處理方案。只有確?；訋r溶涌水量預(yù)測達(dá)標(biāo)，才可以確保工程施工安全可靠，進(jìn)一步促進(jìn)水利水電工程的長遠(yuǎn)發(fā)展。

［1］吳小娟.論水利水電工程基坑巖溶涌水與預(yù)測［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014(34):680-680.

［2］劉惠.試論水利水電工程基坑巖溶涌水與預(yù)測［J］.科技與創(chuàng)新，2015(01):116-116，117.

［3］肖萬春.論水電水利工程基坑巖溶涌水與預(yù)測［A］.貴州省巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)2013 年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集［C］.2013∶3-7.

［4］王小玲，李擇衛(wèi).株溪口水電站一期基坑強(qiáng)巖溶涌水分析及處理［J］.湖南水利水電，2012(02):3-5.

［5］王頌，王雪波.銀盤電站三期工程基坑巖溶滲漏分析及處理措施［J］.人民長江，2013，44(06):1-5.